江汉油田超高压注水管柱技术研究与应用.doc

江汉油田超高压注水管柱技术研究与应用 徐峰 (中石化江汉油田分公司采油工艺研究院) 摘要超高注水管柱是针对低渗透油田注水压力高的实际情况而设计的，本文着重介绍 超高压注水工艺管柱的结构、工作原理，通过管柱力学计算分析超高注水管柱技术在现场应用 中需要解决的主要技术问题及并提出了解决办法，简要介绍了江汉油田的现场应用情况，提出 了几点建议。 _‘_‘-_J-。 刖昌 深层低渗透油藏，由于地层物性较差，注水难度大，江汉油田的王广区、广二 区、黄场、东区、西区、严河等油区的绝大部分注水井注水压力高达25～35MPa，部 分井注水压力甚至超过45MPa，我们界定注入压力在25～35MPa的水井为高压注水 井，注入压力在35～50MPa的水井称为超高压注水井。在这种压力下注水必须对L 部套管进行保护，但普通注水管柱已不能满足在高压下长期工作的要求，限制了油田 后???的开发效果。为了满足油田开发的需要，我们研制出一种适用于超高压注水的管 柱及其配套工具，并通过实践中的探索和应用分析，不断完善，使江汉油田的超高压 注水技术真正成熟起来，并在现场应用中取得很好的效果，满足了油田生产 需要。 l超高压注水管柱的结构、工作原理及技术指标 超高压注水工艺管柱分为普通锚定式高压注水管柱(结构如图1所示)和带伸缩补偿的锚 定式高压注水管柱(结构如图2所示)。该工艺管柱保证了在高压下不渗漏，有足够的可靠性 和安全性。其可靠性表现在施工中不会因压力波动、压差变化等原因导致封隔器窜动、位 移、失封，其他配套工具和管柱不因受力变化而发生断裂等。 1．1该管柱的工作原理 在油管内液体压力的作用下，水力锚锚爪向外伸出并与套管咬合，封隔器坐封活塞上行 打开限位机构，推动卡瓦锚定部分上行并压缩胶筒，实现坐封和锚定，同时锁紧机构进入锁 紧状态。之后球座打开，沟通油管进入地层的注水通道，实现保护套管注水。停注后，油管 内液体压力消失后，水力锚锚爪在弹簧力作用下收回，上提管柱，封隔器中心管与外层各部 分发生错动鳃除锁紧状态，其他各部分在摩擦力和弹性力作用下恢复原位，实现封隔器的 解封。 1．2技术指标 外径：91114mm 工作压力：60MPa 内径：q,50mm 工作温度：135℃ 11 1  。。 夕 L’。 聿矗 牟—， 管柱伸缩补偿器 【】 ] 反循环洗井压井开关 反循环洗井压井开关 ( 上 _—— 亡白 白 安全接头 安全接头 ￡毒 ￡ 鼋 矿 1 Y241封隔器(带水力# r Y241封隔器(带水力铂 士士 坐封球座 占{ 坐封球座 占毛 筛管+丝堵 占马 筛管+丝堵 人工井底 人工井底 图1 普通锚定式超高压注水管柱 图2带伸缩补偿的锚定式超高压注水管柱 2主要技术问题及解决办法 超高压注水管柱较普通注水管柱承压要求更高，封隔器承受的压差 大，对封隔器及锚定器的指标提出更高的要求；超高压注水管柱又不同 与一般的酸化、压裂等措施管柱，在高压工况下，要达到较长的使用寿 命，管柱受温度、压力变化影响大，管柱伸缩变形严重，管柱更容易失 效，因而对管柱工艺提出了更高的要求。 针对超高压注水管柱对工艺要求的特殊性，主要通过以下方式加以 解决。 2．1通过水力锚与封隔器的独特设计提高管柱的承压能力和并具 备更好的锚定性能 Y241封隔器采用水力锚与封隔器合为一体的结构，其结构见图3所 示，使封隔器的结构更为紧凑，胶筒承受的下压力产生的上顶力可通过 外套直接作用在水力锚上，提高了锚定的可靠性，防止封隔器向上窜动 和位移。封隔器设计有防止封隔器向下位移的单向卡瓦锚定机构，缩小 封隔器胶筒上下的锚定距离，保证封隔器的卡点稳定，使胶筒不会应压 力波动产生上下移动，保证管柱及封隔器更加安全可靠地工作。 仅仅解决封隔器密封和锚定还不能完全满足长期高压下注水的需 要，通常注水管柱及封隔器的承压指标能够满足注水压差的情况下，影 图≥黜器嚣裂摆瞧艚粕勖、激姚雠黼辙嬲憾的 l一水力锚部分． 2．2 坐封前反循环洗井消除管柱因温度变化引起的管柱伸缩变形 ，!；富警墓裘磊．分 我们假定注水井基本数据如下：  封隔器深度：3000m； 地层温度与井口温度差：100℃。 根据温度梯度的变化关系，假定温度的变化量与井深成正比，得温度随深度的变化量关 系式为： AT=器￡ 则管柱的伸缩量为： △￡，：’『_必砒：甜：000揣LdL：，．2×，o—s×器×[吉￡2]_=，．8m 式中 p——钢材的线膨胀系数，I／。C，一般取卢=1．2 X 105／℃； L——封隔器深度，m。 可见，温度变化对管柱伸缩变形的影响很大，必须减小或消除，可以采取在封隔器坐封 前进行反洗井的办法，使得井口和井底温差减小，由于注水的排量小于洗井排量，因而注水 时的井底温度变化不会高于反洗时的温